Nei settori del controllo industriale e dell'automazione degli edifici, la comunicazione RS-485 è ampiamente favorita a causa della sua trasmissione differenziale, capacità a lunga distanza,e eccellenti prestazioni anti-interferenzaTuttavia, nell'ingegneria pratica, l'"impedenza del circuito", che influenza la stabilità della comunicazione, viene spesso trascurata, portando a perdite occasionali di pacchetti e interruzioni di comunicazione delle apparecchiature.Risolvere questi problemi richiede tempo e fatica.
Questo articolo prenderà un approccio "vivo e facile da capire" per aiutarvi a comprendere in profondità cos'è l'impedenza del circuito, perché è così importante,e come ottimizzarlo nella progettazione e nella debug, in modo che la comunicazione RS-485 possa essere fluida come una strada asfaltata.
Immaginate il sistema di tubazione dell'acqua nella vostra casa: la pompa dell'acqua (driver) spinge l'acqua al punto di consumo dell'acqua (ricevitore), e poi l'acqua ritorna alla pompa dell'acqua attraverso un altro tubo,formando un ciclo.
Fattori come il diametro del tubo, i gomiti, i rami e la pressione dell'acqua influenzeranno tutti il flusso regolare dell'acqua.è la manifestazione globale della "resistenza" esercitata sul segnale CA in tutto il circuito chiuso in cui il segnale parte dall'estremità di trasmissione, trasmette lungo la coppia differenziale, raggiunge l'estremità ricevente e poi ritorna all'estremità trasmettitore.
- Resistenza (R): è simile alla resistenza all'attrito determinata dal diametro del tubo.
- Induttanza (L): è simile alle valvole e ai gomiti del tubo, che causano un effetto di "isteresi" quando il segnale cambia.
- Capacità (C): può essere paragonata a un serbatoio d'acqua o a un serbatoio di stoccaggio dell'acqua, che immagazzina energia e la rilascia istantaneamente, influenzando le fluttuazioni.
Nel sistema RS-485, l'impedenza totale del circuito sotto l'azione combinata di questi tre fattori determina direttamente la qualità e l'affidabilità del segnale.
I cavi di comunicazione RS-485 utilizzano solitamente coppie torciate blindate da 120 Ω, proprio come la scelta di un tubo d'acqua con un diametro interno costante per garantire la perdita minima di flusso d'acqua (segnale elettrico).
Un resistore 120 Ω è collegato in parallelo a ciascuna estremità della linea per "assorbire" l'energia del segnale ed evitare "eco" - proprio come l'installazione di una valvola silenziatrice alla fine del tubo per evitare martello acqua.
Quando più dispositivi sono collegati in parallelo sul bus, è equivalente a collegare più rami alla condotta.e il segnale è più probabile che sia "sviato", il che può comportare che la parte ricevente non riceva un livello sufficiente.
Ogni connettore, ogni diodo TVS o ogni dispositivo di protezione aggiungeranno un po' di discontinuità, proprio come il giunto all'interfaccia del tubo non è sigillato bene, causando una perdita o un blocco locale.
Sebbene l'RS-485 sia una comunicazione differenziale, il filo di terra formerà comunque un loop, che è "non invitato" all'interferenza in modalità comune.La differenza di potenziale di terra tra i diversi dispositivi è come la differenza di livello dell'acqua tra le diverse torri d'acqua in un sistema di approvvigionamento idrico, che causerà problemi come "riversamento" o "riversamento".
La disadeguatezza di impedenza farà rimbalzare il segnale come se avesse colpito una parete riflettente, causando distorsione della forma d'onda, suono e sovraccarico.il ricevitore non può distinguere se è "1" o "0".
L'impedenza instabile equivale ad una maggiore perdita di acqua nel tubo.e il segnale può essere "esaurito" prima di raggiungere la destinazione.
L'impedenza discontinua è come un vuoto nel tubo, che è più probabile che sia "infiltrato" da interferenze elettromagnetiche esterne, aumentando il tasso di errore dei bit.
Il driver emetterà una corrente maggiore per compensare l'attenuazione del segnale, proprio come una pompa d'acqua che funziona a un flusso elevato per lungo tempo si consumerà più velocemente, portando alla generazione di calore,consumo di energia, e rischi per la vita.
Principio fondamentale: mantenere la continuità dell'impedenza, rendendola piatta, costante in larghezza e con pochi rami come una strada asfaltata.
Utilizzare coppie torcibili blindate con un valore nominale di 120 Ω.
Lo strato di schermo deve essere affidabilmente messa a terra: la messa a terra di una estremità o di entrambe le estremità deve essere pesata in base all'ambiente di interferenza effettivo.
La coppia differenziale deve essere orientata con uguale lunghezza e uguale spaziatura per evitare impedenze irregolari causate da un lato troppo lungo.
Le tracce differenziali sul PCB non devono attraversare la divisione del piano di terra e devono essere posate sullo stesso strato o utilizzare il più possibile un piano di terra simmetrico.
Collegare una resistenza di terminazione di 120 Ω in parallelo a ciascuna estremità del bus.
Se è necessario sopprimere il rumore di modalità comune, si può utilizzare la "termination split": collegare due resistori da 60 Ω in serie e collegare un piccolo condensatore in parallelo al punto centrale alla terra,che equivale all'aggiunta di un "sottomissione" al percorso del segnale.
Mantenere l'uscita del ricevitore a un livello noto stabile (di solito logico "1") quando il bus è inattivo.
A pull - up resistor can be added to pull up the differential line A and a pull - down resistor to pull down the differential line B to avoid signal floating when the line is broken or no one is transmitting.
Dare la priorità all'uso della "topologia lineare" (linea retta) e installare le resistenze di terminazione solo alle estremità fisiche.
Evitate stella, anello o troppi rami lunghi, proprio come evitate di inserire rami in modo casuale sulla strada principale per evitare ingorghi.
Più veloce è il bordo del segnale, più grave è il riflesso.può essere utilizzato un trasmettitore a pendenza limitata o la velocità di segnalazione può essere adeguatamente ridotta per abbinare la "velocità del veicolo" alle "condizioni stradali".
Utilizzare una sonda differenziale per osservare la forma d'onda della linea A/B e controllare il suono, il sovraccarico o l'attenuazione.Confrontare la velocità di segnale con la forma d'onda del segnale teorico per determinare se è necessario limitare la pendenza o regolare la velocità.
Scollegare i rami sezione per sezione, osservare i cambiamenti di forma d'onda e individuare la posizione della discontinuità dell'impedenza o dei problemi di modalità comune.
Provate a sostituire il cavo, la resistenza di chiusura o aggiungere un strascico comune nell'area sospetta per vedere l'effetto del cambiamento.Ottimizzare il layout di messa a terra per ridurre le interferenze del circuito di messa a terra causate da messa a terra multi-punto.
Configurare in modo ragionevole i tubi TVS e gli strusciatori di modalità comune per resistere alle sollecitazioni esterne senza assorbimento eccessivo del segnale.
Assicurarsi che i parametri parassitari (capacità, induttanza) dei componenti di protezione abbiano un impatto controllabile sull'impedenza totale.
- Solo una estremità della resistenza di terminazione è installata, con conseguente riflessione grave all'altra estremità.
- La posizione della resistenza di terminazione è errata e non è posizionata all'estremità fisica.
- Ci sono troppi o troppo lunghi rami, e il segnale rimbalza ripetutamente ai rami.
- Scelta cieca di cavi non - 120 Ω, che hanno una grande differenza di abbinamento con il ricevitore.
- Ignorando la differenza di potenziale di terra tra i dispositivi, con conseguente eccessiva tensione comune.
- Completamente basato sul fallimento interno - sicuro del trasmettitore senza pregiudizi esterni, portando a frequenti errori di giudizio quando la linea è rotta.
